DE4327665A1 - Elektronisches Relais mit geringer Leistungsaufnahme - Google Patents
Elektronisches Relais mit geringer LeistungsaufnahmeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Relais, dessen
Durchschaltstrom von einem Feldeffekttransistor (FET) ge
steuert wird.
Generell gesprochen sind Relais Schalter, bei denen mit
Hilfe eines Steuerstroms ein Durchschaltstrom, der einem
zweiten Stromkreis angehört, ein- oder ausgeschaltet wer
den kann. Grundsätzlich ergibt sich bei Relais die Forde
rung, den Steuerstrom aus ökonomischen Gründen so gering
wie möglich zu halten. Soll ein Relais beispielsweise
netzunabhängig, d. h. mit Hilfe eine Batterie, betrieben
werden, so ist die Lebensdauer der Batterie umgekehrt
proportional zur Höhe des Steuerstroms, mit dem das Re
lais betrieben wird.
Um den Steuerstrom und damit die Leistungsaufnahme zu
verringern, sind im Stand der Technik elektromechanische
Relais bekannt, die zwei stabile Zustände des Durch
schaltstromkreises aufweisen, nämlich Durchschaltstrom
kreis "offen" und Durchschaltstromkreis "geschlossen".
Bei derartigen "bistabilen" Relais wird nur für den Vor
gang des Umschaltens von einem Zustand in den anderen,
also in der Regel für wenige Millisekunden, Leistung auf
genommen. Derartige elektromechanische Relais weisen je
doch den Nachteil auf, daß sie bewegliche und somit ver
schleißanfällige Bauteile enthalten. Außerdem ändern sich
im Lauf der Zeit die Kontakteigenschaften der beweglichen
Elektroden durch Abbrand, Korrosion oder Verschmutzung.
Des weiteren sind derartige Relais erschütterungsempfind
lich.
Viele der Nachteile elektromechanischer Relais können
durch die Verwendung elektronischer Relais vermieden wer
den. Bei einem bekannten Relais der eingangs genannten
Art wie es in "Micro Electronics Relais, Designer′s Ma
nual" 2. Auflage, 1989, Seiten F-15 bei F-20 der Firma
International Rectifier beschrieben ist, wird das Gate
eines MOSFETs von einem Photovoltaikgenerator (PVG)
gesteuert. Die Spannung des PVG ist dabei die Steuerspan
nung des Relais, und der über Source und Drain des MOS-
FETs fließende Strom ist der Durchschaltstrom dieses Re
lais. Das Licht für die Erzeugung der in dem PVG erzeug
ten Steuerspannung dieses Relais wird von einer licht
emittierenden Diode (LED) geliefert. Fließt durch die LED
ein Strom, so sendet sie Photonen aus, und es wird über
den PVG eine Steuerspannung erzeugt, der bewirkt, daß das
Relais durchschaltet. Fließt demgegenüber kein Strom
durch die LED, so sendet diese keine Photonen aus, und es
wird dementsprechend in dem PVG keine Steuerspannung er
zeugt, so daß das Relais offen bleibt. Dementsprechend
hat dieses bekannte Relais den Nachteil, daß zur
Aufrechterhaltung eines Durchlaßstroms ein ständiger
Strom durch die LED benötigt wird, was zu einer er
heblichen Leistungsaufnahme dieses Relais führt.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Relais der ein
gangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem die Leistungs
aufnahme verringert ist.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Steu
erspannung des Feldeffekttransistors die an einem Konden
sator anliegende Spannung ist.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Relais wird erreicht, daß der
einmal geladene Kondensator sich aufgrund des im Mega -
Ohm - Bereich liegenden Widerstands zwischen dem Gafeanschluß
und dem Sourceanschluß des Feldeffekttransistors
nur sehr langsam entlädt, und das Relais so über lange
Zeiträume hinweg, bis sich der Kondensator bis zu einem
bestimmten Grad entladen hat, unabhängig von der Steuer
spannungsquelle durchgeschaltet bleibt. Die dem Konden
sator parallelgeschaltete Diode bewirkt, daß der Kon
densator nur "in einer Richtung" aufgeladen werden kann,
d. h. eine Seite des Kondensators wird immer nur positiv
und die andere Seite des Kondensators immer nur negativ
aufgeladen. Bei jedem Versuch, den Kondensator mit umge
kehrter Polarität auf zuladen, schließt die Diode jede an
dersherum gepolte Spannungsquelle kurz. Auf diese Weise
ist sichergestellt, daß an den Gatteranschlüssen des
Feldeffekttransistors immer entweder eine vorbestimmte
Spannung oder keine Spannung anliegt. Im ersten Fall ist
der Feldeffekttransistor leitend und das Relais somit
durchgeschaltet, und im zweiten Fall ist der Feld
effekttransistor nicht leitend, und das Relais somit of
fen.
Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen elektronischen
Relais dem Kondensator eine Diode, vorzugsweise eine
Zenerdiode parallel geschaltet. Die ab einer bestimmten
Höhe der Sperrspannung leitend werdende Zenerdiode dient
zur Begrenzung der am Gate des Feldeffekttransistors an
liegenden Spannung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Relais sind der Kondensator und die Di
ode über die zweite Spule eines Transformators, die in
Reihe mit einer zweiten Diode geschaltet ist, mit einer
Steuerstromquelle verbunden. Dies hat den Vorteil, daß
der Kondensator und die Diode von der Steuerstromquelle
entkoppelt sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß
mögliche Änderungen des inneren Widerstandes der Steuer
stromquelle sich auf die Funktion des erfindungsgemäßen
elektronischen Relais nicht auswirken können. Dadurch
wird erreicht, daß das erfindungsgemäße elektronische Re
lais weitgehend unabhängig von Änderungen äußerer Ein
flüsse, insbesondere der Temperatur, arbeitet. Die mit
der zweiten Spule der Induktivkopplung in Reihe geschal
tete zweite Diode bewirkt, daß sich der Kondensator nicht
über diese zweite Spule entladen kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen elektronischen Relais ist die mit der
zweiten Spule des Transformators in Reihe geschaltete
zweite Diode eine Zenerdiode. Dies hat den Vorteil, daß
der Kondensator auf sehr einfache Weise, nämlich durch
Induktion einer Spannungsspitze, die das umgekehrte Vor
zeichen der induzierten Spannungsspitze trägt, mit der
der Kondensator aufgeladen wird, entladen werden kann.
Weil die als zweite Diode verwendete Zenerdiode ab einer
bestimmten Höhe der Sperrspannung leitend wird, bewirkt
ein Spannungsstoß, dessen Höhe groß genug ist, um einen
Sperrstrom durch diese Zenerdiode fließen zu lassen, daß
sich der Kondensator über die zweite Diode und die zweite
Spule entlädt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen elektronischen Relais wird die erste
Spule des Transformators von einer Doppelgegentaktend
stufe betrieben. Derartige Endstufen besitzen die Eigen
schaft, daß die Richtung des Stromflusses zwischen den
Anschlußpunkten des Transformator mittels Steuerung der
entsprechenden Transistoren umgekehrt, und der Strom un
terbrochen werden kann. Auf diese Weise wird das Umpolen
der Anschlüsse der ersten Spule der Induktivkopplung ein
fach und effizient erreicht, ohne daß verschleißende me
chanische Umpolungseinrichtungen verwendet werden müssen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer vorteilhaften
Ausführungsform erläutert, die in den Figuren der Zeich
nung dargestellt ist. Es zeigt:
Fig. 1 den Schaltplan einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen elektronischen Relais,
Fig. 2 den Schaltplan einer Doppelgegentaktendstufe zum
Betreiben der ersten Spule der Induktivkopplung
eines erfindungsgemäßen elektronischen Relais.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung einer bevorzug
ten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Relais ist der
positive Pol einer Steuerspannungsquelle an den Anschluß
1 gelegt. Anschluß 1 ist über eine Widerstand R1 mit dem
einen Anschluß einer ersten Spule eines Transformators
verbunden, und der zweite Anschluß dieser Spule ist mit
dem Anschluß 2 verbunden, an dem der negative Pol der
Steuerstromquelle anliegt. Der Anschluß 3 der zweiten
Spule des Transformators ist mit der Anode einer zweiten
Zenerdiode D2 verbunden, und die Kathode dieser Diode D2
ist mit dem Gateanschluß des Feldeffekttransistors T1
verbunden. Der andere Anschluß 4 der zweiten Spule L2 des
Transformators ist mit dem Sourceanschluß des Feld
effekttransistors T1 verbunden. Zwischen dem Gate- und
Sourceanschluß des Feldeffekttransistors T1 sind ein Kon
densator C1 und eine erste Zenerdiode D1 geschaltet. Die
Zenerdiode D1 ist dabei derart gepolt geschaltet, daß
ihre Kathode mit der Kathode der zweiten Zenerdiode D2
verbunden ist.
Zum Einschalten des in Fig. 1 dargestellten erfindungsge
mäßen elektronischen Relais steigt nach Anlegen einer po
sitiven Spannung zwischen den Anschlüssen 1 und 2 der
durch den Widerstand R1 und die erste Spule L1 der Induk
tivkopplung fließende Strom aufgrund der Induktivität von
L1 langsam an und wird dann durch Unterbrechung des Steu
erstromkreises plötzlich unterbrochen. Aufgrund der mit
dieser Unterbrechung verbundenen plötzlichen Änderung des
Stroms wird in der zweiten Spule L2 eine relativ hohe po
sitive Spannung an den Anschluß 3 bei entsprechender ne
gativer Spannung an Anschluß 4 induziert. Die an Anschluß
3 anliegende positive Spannung gelangt über die in Durch
laßrichtung geschaltete zweite Zenerdiode D2 an den Gate
anschluß des Transistors T1 und lädt die obere Seite des
Kondensators C1 positiv auf. Der Kondensator C1 kann sich
danach weder über die ihm parallelgeschaltete erste
Zenerdiode D1, deren Kathode an seiner nunmehr positiv
geladenen oberen Fläche anliegt, entladen, noch kann er
sich über die der zweiten Spule L2 des Transformators in
Reihe geschalteten zweiten Zenerdiode D2 entladen, deren
Kathode nunmehr ebenfalls an seiner nunmehr positiv ge
ladenen oberen Platte anliegt. Die Spannung des Kondensa
tors C1 wirkt insofern ausschließlich auf das Gate des
Feldeffekttransistors T1 und öffnet dadurch dessen Drain-
Source-Stromkreis, wodurch das Relais durchgeschaltet
wird. Da sich der Kondensator C1 trotz der erheblichen
Sperrstromwiderstände der Zenerdioden und auch aufgrund
des Restwiderstandes zwischen Gate-und Sourceanschluß des
Feldeffekttransistors nach einer gewissen Zeit entlädt,
muß er in regelmäßigen Zeitabständen über entsprechende
Impulse über den Transformator nachgeladen werden, was
insbesondere in mit Mikroprozessoren gesteuerten Schal
tungen kein Problem darstellt. Zum Öffnen des Relais wird
der Anschluß 1 kurzzeitig an eine negative Spannung ange
schlossen. Dadurch wird bei Anschluß 3 der zweiten Spule
L2 des Transformators eine negative Spannung erzeugt.
Diese Spannung ist hoch genug, um einen Sperrstrom durch
die nunmehr in Sperrichtung geschaltete zweite Zenerdiode
D2 und durch den Kondensator C1 fließen zu lassen, so daß
der Kondensator C1 entladen wird. Dadurch liegt am Gate
anschluß des Feldeffekttransistors T1 keine Spannung mehr
an, und der Stromkreis des über die Source- und Drain-An
schlüsse fließenden Durchlaßstromes ist unterbrochen. Das
Relais ist somit offen.
Die in Fig. 2 dargestellte Doppelgegentaktendstufe dient
zum Anlegen von Spannungen unterschiedlichen Vorzeichens
an die Anschlüsse 1 und 2 der in Fig. 1 dargestellten
Schaltung einer bevorzugten Ausführungsform des erfin
dungsgemäßen elektronischen Relais. Die Transistoren T1
und T2 sind beispielsweise bipolare npn-Transistoren, und
die Transistoren T3 und T4 sind beispielsweise bipolare
pnp-Transistoren. Die Kollektoren der Transistoren T1 und
T3 sind mit dem Anschluß 1 der in Fig. 1 dargestellten
Schaltung, und die Kollektoren der Transistoren T2 und T4
sind mit dem Anschluß 2 der in Fig. 1 dargestellten
Schaltung verbunden. Werden die Transistoren T1 und T4
aufgrund entsprechender Basisströme leitend geschaltet,
so fließt ein Strom von dem Anschluß 1 zum Anschluß 2.
Werden die Transistoren T2 und T3 aufgrund entsprechender
Basisströme leitend geschaltet, so fließt ein Strom von
Anschluß 2 nach Anschluß 1. Auf diese Weise wird eine Um
schaltung der an den Anschlüssen 1 und 2 vorliegenden Po
larität unter Umgehung eines mechanischen Umschalters er
reicht.
Claims (5)
1. Elektronisches Relais, dessen Durchschaltstrom von
einem Feldeffekttransistor gesteuert wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerspannung des Feldef
fekttransistors (T1) die an einem Kondensator (C1)
anliegende Spannung ist.
2. Elektronisches Relais nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Kondensator (C1) eine Zener
diode (D1) parallel geschaltet ist.
3. Elektronisches Relais nach einem der Ansprüche 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator
(C1) und die Diode (D1) über eine zweite Spule (L2)
eines Transformators, die in Reihe mit einer zweiten
Diode (D2) geschaltet ist, mit einer Steuerstrom
quelle des Relais verbunden sind.
4. Elektronisches Relais nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite Diode (D2) eine
Zenerdiode ist.
5. Elektronisches Relais nach einem der Ansprüche 3
oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spule
(L1) des Transformators von einer Doppelgegentakt
endstufe betrieben ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934327665 DE4327665A1 (de) | 1993-08-17 | 1993-08-17 | Elektronisches Relais mit geringer Leistungsaufnahme |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934327665 DE4327665A1 (de) | 1993-08-17 | 1993-08-17 | Elektronisches Relais mit geringer Leistungsaufnahme |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4327665A1 true DE4327665A1 (de) | 1995-02-23 |
Family
ID=6495405
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934327665 Withdrawn DE4327665A1 (de) | 1993-08-17 | 1993-08-17 | Elektronisches Relais mit geringer Leistungsaufnahme |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4327665A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8653700B2 (en) | 2008-07-03 | 2014-02-18 | Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property Gmbh | Circuit arrangement with a power input and an operating method for controlling a power input circuit |
US8885367B2 (en) | 2009-08-18 | 2014-11-11 | Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property Gmbh | Input circuit for an electrical device, use of an input circuit and electrical device |
CN107250815A (zh) * | 2015-06-16 | 2017-10-13 | 株式会社Lg 化学 | 转换继电器和使用转换继电器的电池电压测量*** |
-
1993
- 1993-08-17 DE DE19934327665 patent/DE4327665A1/de not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8653700B2 (en) | 2008-07-03 | 2014-02-18 | Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property Gmbh | Circuit arrangement with a power input and an operating method for controlling a power input circuit |
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CN107250815A (zh) * | 2015-06-16 | 2017-10-13 | 株式会社Lg 化学 | 转换继电器和使用转换继电器的电池电压测量*** |
EP3246718A4 (de) * | 2015-06-16 | 2018-03-14 | LG Chem, Ltd. | Transformationsrelais und system zum messen von batteriespannung damit |
US10365333B2 (en) | 2015-06-16 | 2019-07-30 | Lg Chem, Ltd. | Transformation relay and battery voltage measurement system using same |
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